博一建材讯：一些金属材料因为它们的力学性能（强度、韧性、疲劳强度）和耐腐蚀性相比其他生物材料，如聚合物和陶瓷，有独特的组合，所以被认为是非常有前途的骨科植入物。金属生物材料应用于一些医疗设备，如人工关节，骨板，螺丝钉，髓内钉，支架，脊柱内固定件，脊柱垫片，牙科植入物，线，起搏器壳和人工心脏瓣膜。
不锈钢、钴基合金、工业纯钛（CP-Ti）和钛合金广泛地被用于金属生物材料。然而，对钛及其合金越来越感兴趣，特别是作为牙科和整形外科植入物，因为其相对较低的弹性模量，优异的生物相容性和比不锈钢和钴基合金更高的耐腐蚀性。但是，316L等级的不锈钢仍是广泛用于内部固定设备的材料，如断裂板、螺钉、髋钉等，因为与其他金属植入材料相比，它具有良好的机械性能、可接受的生物相容性、足够的耐腐蚀性和低成本。使用316L不锈钢作为生物植入的主要问题是其含镍量高，也就是众所周知的持续时间较长时产生不利影响的生物相容性和一些与健康有关的问题。
最近，印度Jindal钢公司开发了一种新型奥氏体不锈钢（216L），含有比316L钢相对较低的镍和较高的氮、锰，替代316L用于医疗应用。由于相当多的骨科植入物，尤其是髋部和腿部，受到大量的周期反复荷载，通常由于腐蚀疲劳而失效，采用模拟人体流体（SBF）方式，并与传统的316L不锈钢比较，进行了本次研究以描述新开发的216L不锈钢的腐蚀疲劳行为。
本次研究的材料，一种新开发的奥氏体不锈钢（216L）由印度Jindal钢公司生产成直径为18mm，长度为250mm的锻棒。经1050℃锻造的216L钢棒在1050℃退火30min以均质化。同时，316L不锈钢也由该公司生产，为203.2×203.2×16mm的板材，1050℃退火30min。两者的化学成分如表1所示。机械抛光后，经15ml盐酸和25ml硝酸的混合溶液侵蚀，表征两种钢的光学显微组织。使用50KN螺杆驱动的InstronTM万能试验机测定两种钢的拉伸性能。所有拉伸试验的试样按BS技术标准No.12-1950制备，标距和直径分别为15.4mm和4.5mm。在室温以5×10-4s-1的应变速率进行拉伸试验。完全反向负荷下（R=-1）进行充气，模拟人体流体环境下使用50KN伺服液压MTSTM（型号1810）进行轴向推-拉应力控制和应变控制疲劳试验。模拟的人体流体成分如表2所示。
表1 216L不锈钢和316L不锈钢的化学成分（wt.%）
钢种
C
Ni
Cr
Mn
N
Cu
Mo
Si
Ti
S
P
Fe
216L
0.025
6.56
16.92
5.02
0.193
1.94
1.75
0.23
-
0.005
0.032
余量
316L
0.02
10.3
16.9
1.13
0.0358
0.303
2.02
0.483
0.007
0.003
0.0362
余量
表2 模拟人体流体的成分（g/l）
NaCl
KCl
CaCl2
NaHCO3
Na2HPO4·2H2O
MgCl2·6H2O
KH2PO4
MgSO4·7H2O
葡萄糖
8.00
0.40
0.18
0.35
0.48
0.10
0.06
0.10
1.00
研究结果表明：（1）在SBF环境下应力控制模式时，216L不锈钢的疲劳寿命明显比应力幅值低于±500MPa时的316L不锈钢来得长。然而，应力幅值较大的316L不锈钢显示出比216L更长的疲劳寿命。（2）在空气和SBF两种环境下，研究了整个范围内的总应变幅值：在总的应变控制模式下，216L钢的疲劳寿命明显比316L钢长。（3）在空气和在SBF环境下两种钢的循环应力反应有着显著的差异。316L不锈钢在循环后期到断裂显示出明显的循环硬化，而216L不锈钢从一开始直到断裂均显示出循环软化。
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